Водяной пар массой 100 г полностью конденсируется и переходит в жидкое состояние. Затем жидкость охлаждают и превращают в лед при температуре -20 градусов Цельсия. Постройте график зависимости температуры от времени и определите количество теплоты, которое необходимо затратить пару, чтобы превратиться в лед.

Для решения данной задачи нам нужно рассмотреть несколько этапов, которые проходят водяной пар, превращаясь в лед: 1. Конденсация водяного пара в воду при 100 °C. 2. Охлаждение воды от 100 °C до 0 °C. 3. Замерзание воды в лед при 0 °C. 4. Охлаждение льда от 0 °C до -20 °C. ### 1. Конденсация пара При конденсации пара выделяется теплота, которая рассчитывается по формуле: \[ Q_1 = m \cdot L_v \] где: - \( m = 0.1 \) кг (масса пара), - \( L_v = 2260 \) кДж/кг (теплота конденсации водяного пара). \[ Q_1 = 0.1 \cdot 2260 = 226 \text{ кДж} \] ### 2. Охлаждение воды Чтобы охладить воду от 100 °C до 0 °C, используем: \[ Q_2 = m \cdot c_w \cdot \Delta T \] где: - \( c_w = 4.18 \) кДж/(кг·°C) — удельная теплоемкость воды, - \( \Delta T = 100 - 0 = 100 \) °C. \[ Q_2 = 0.1 \cdot 4.18 \cdot 100 = 41.8 \text{ кДж} \] ### 3. Замерзание воды При замерзании воды выделяется теплота, которая рассчитывается по формуле: \[ Q_3 = m \cdot L_f \] где: - \( L_f = 334 \) кДж/кг — теплота замерзания воды. \[ Q_3 = 0.1 \cdot 334 = 33.4 \text{ кДж} \] ### 4. Охлаждение льда Чтобы охладить лед от 0 °C до -20 °C, используем: \[ Q_4 = m \cdot c_l \cdot \Delta T \] где: - \( c_l = 2.1 \) кДж/(кг·°C) — удельная теплоемкость льда, - \( \Delta T = 0 - (-20) = 20 \) °C. \[ Q_4 = 0.1 \cdot 2.1 \cdot 20 = 4.2 \text{ кДж} \] ### Общее количество теплоты Теперь сложим все количество теплоты, чтобы найти общее количество теплоты, которое необходимо затратить: \[ Q_{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 \] \[ Q_{total} = 226 + 41.8 + 33.4 + 4.2 = 305.4 \text{ кДж} \] ### График зависимости температуры от времени График будет состоять из четырех этапов, описанных выше: 1. **Этап конденсации**: Начинаем с -20 °C (в случае, если график отображает только охлаждение льда), температура резко поднимается до 100 °C, где выделяется энергия. 2. **Этап охлаждения воды**: Линейное охлаждение от 100 °C до 0 °C. 3. **Этап замерзания**: При 0 °C замерзаем, выделяем латентную теплоту. 4. **Этап охлаждения льда**: Линейное охлаждение от 0 °C до -20 °C. На графике ось y будет представлять температуру (°C), а ось x — время (например, условно). Каждому этапу соответствует горизонтальный участок (конденсация и замерзание) и наклонный (охлаждение).